睡眠是我们人类生活中不可缺少的一部分。经过一天的工作或学习,人们只要美美地睡上一觉,疲劳的感觉就会消除了。动物也需要睡眠,甚至会睡上一个漫长的冬季。可现在说的是植物的睡眠,也许你就会感到新鲜和奇怪了。
其实,每逢晴朗的夜晚,我们只要细心观察周围的植物,就会发现一些植物已发生了奇妙的变化。比如公园中常见的合欢树,它的叶子由许多小羽片组合而成,在白天舒展而又平坦,可一到夜幕降临时,那无数小羽片就成对成对地折合关闭,好像被手碰撞过的含羞草叶子,全部合拢起来,这就是植物睡眠的典型现象。
有时候,我们在野外还可以看见一种开着紫色小花、长着三片小叶的红三叶草,它们在白天有阳光时,每个叶柄上的三片小叶都舒展在空中,但到了傍晚,三片小叶就闭合在一起,垂下头来准备睡觉。花生也是一种爱睡觉的植物,它的叶子从傍晚开始,使慢慢地向上关闭,表示白天已经过去,它要睡觉了。以上只是一些常见的例子,会睡觉的植物还有很多很多,如酢浆草、白屈菜、含羞草、羊角豆……不仅植物的叶子有睡眠要求,就连娇柔艳美的花朵也要睡眠。例如,在水面上绽放的睡莲花,每当旭日东升之际,它那美丽的花瓣就慢慢舒展开来,似乎刚从酣睡中苏醒,而当夕阳西下时,它又闭拢花瓣,重新进入睡眠状态。由于它这种“昼醒晚睡”的规律性特别明显,才因此得此芳名“睡莲”。
各种各样的花儿,睡眠的姿态也各不相同。蒲公英在入睡时,所有的花瓣都向上竖起来闭合,看上去好像一个黄色的鸡毛帚。胡萝卜的花,则垂下头来,像正在打瞌睡的小老头。更有趣的是,有些植物的花白天睡觉,夜晚开放,如晚香玉的花,不但在晚上盛开,而且格外芳香,以此来引诱夜间活动的蛾子来替它传授花粉。还有我们平时当蔬菜吃的部子,也是夜间开花,白天睡觉,所以人们称它为“夜开花”。
植物睡眠在植物生理学中被称为睡眠运动,它不仅是一种有趣的现象,而且还是一个科学之谜。植物的睡眠运动会对植物本身带来什么好处呢?这是科学家们最关心的问题。尤其最近几十年,他们围绕着睡眠运动的问题,展开了广泛的讨论。
最早发现植物睡眠运动的人,是英国著名的生物学家达尔文。100多年前,他在研究植物生长行为的过程中,曾对69种植物的夜间活动进行了长期观察,发现一些积满露水的叶片,因为承受到水珠的重量而运动不便,往往比其他能自由自在运动的叶片容易受伤。后来他又用人为的方法把叶片固定住,也得到相类似的结果。在当时,达尔文虽然无法直接测量叶片的温度,但他断定,叶片的睡眠运动对植物生长极有好处,也许主要是为了保护叶片抵御夜晚的寒冷。
达尔文的说法似乎有一定道理,可是它缺乏足够的实验证据,所以一直没有引起人们的重视。直到20世纪60年代,随着植物生理学的高速发展,科学家们才开始深入研究植物的睡眠运动,并提出了不少解释它的理论。
起初,解释睡眠运动最流行的理论是“月光理论”。提出这个论点的科学家认为,叶子的睡眠运动能使植物尽量少遭受月光的侵害,因为过多的月光照射,可能干扰植物正常的光周期感官机制,损害植物对昼夜长短的适应。然而,使人们感到迷惑不解的是,为什么许多没有光周期现象的热带植物,同样也会出现睡眠运动,这一点用“月光理论”是无法解释的。
后来科学家们又发现,有些植物的睡眠运动并不受温度和光强度的控制,而是由于叶柄基部中一些细胞的膨压变化引起的。例如,合欢树、酢浆草、红三叶草等,通过叶子在夜间的闭合,可以减少热量的散失和水分的蒸腾,起到保温保湿的作用,尤其是合欢树,叶子不仅仅在夜晚会关闭睡眠,在遭遇大风大雨袭击时,也会渐渐合拢,以防柔嫩的叶片受到暴风雨的摧残。这种保护性的反应是对环境的一种适应,与含羞草很相似,只不过反应没有含羞草那样灵敏。
随着研究的日益深入,各种理论观点一一被提了出来,但都不能圆满地解释植物睡眠之谜。正当科学家们感到困惑的时候,美国科学家思瑞特在进行了一系列有趣的实验后提出了一个新的解释。他用一根灵敏的温度探测针,在夜间测量多花菜豆叶片的温度,结果发现,呈水平方向(不进行睡眠运动)的叶子温度,总比垂直方向(进行睡眠运动)的叶子温度要低1℃左右。思瑞特认为,正是这仅仅1℃的微小温度差异,已成为阻止或减缓叶子生长的重要因素。因此,在相同的环境中,能进行睡眠运动的植物生长速度较快,与其他不能进行睡眠运动的植物相比,它们具有更强的生存竞争能力。
植物睡眠运动的本质正不断地被揭示。更有意思的是,科学家们发现,植物不仅在夜晚睡眠,而且竟与人一样也有午睡的习惯。小麦、甘薯、大豆、毛竹甚至树木,众多的植物都会午睡。
原来,植物的午睡是指中午大约11时至下午2时,叶子的气孔关闭,光合作用明显降低这一现象。这是科学家们在用精密仪器测定叶子的光合作用时观察出来的。科学家们认为,植物午睡主要是由于大气环境的干燥和火热。午睡是植物在长期进化过程中形成的一种抗衡干旱的本能,为的是减少水分散失,以利于在不良环境下生存。
由于光合作用降低,午睡会使农作物减产,严重的可达三分之一,甚至更多。为了提高农作物产量,科学家们把减轻甚至避免植物午睡,作为一个重大课题来研究。
我国科研人员发现,用喷雾方法增加田间空气温度,可以减轻小麦午睡现象。实验结果是,小麦的穗重和粒重都明显增加,产量明显提高。可惜喷雾减轻植物午睡的方法,目前在大面积耕地上应用还有不少困难。随着科学技术的迅速发展,将来人们一定会创造出良好的环境,让植物中午也高效率地工作,不再午睡。
植物有血液和血型之谜
人有血液,动物有血液,难道植物也有血液吗?有的。在世界上许多地方,都发现了洒“鲜血”和流“血”的树。
我国南方山林的灌木丛中,生长着一种常绿的藤状植物——鸡血藤,总是攀援缠绕在其他树木上。每到夏季,便开出玫瑰色的美丽花朵。当人们用刀子把藤条割断时,就会发现,流出的液汁先是红棕色,然后慢慢变成鲜红色,跟鸡血一样,所以叫“鸡血藤”。经过化学分析,发现这种“血液”里含有鞣质、还原性糖和树脂等物质,可供药用,有散气、去痛、活血等功用。它的茎皮纤维还可制造人造棉、纸张绳索等,茎叶还可做灭虫的农药。
南也门的索科特拉岛,是世界上最奇异的地方,尤其是岛上的植物,更是吸引了世界各地的植物学家。据统计,岛上约有200种植物是世界上任何地方都没有的,其中之一就是“龙血树”。它分泌出一种像血液一样的红色树脂,这种树脂被广泛用于医学和美容。这种树主要生长在这个岛的山区。关于这种树,在当地还流传着一种传说,说是在很久以前,一条大龙同这里的大象发生了战斗,结果龙受了伤,流出了鲜血,血洒在这种树上,树就有了红色的“血液”。
英国威尔士有一座公元6世纪建成的古建筑物,它的前院耸立着一株已有700年历史的杉树。这株树高7米多,它有一种奇怪的现象,长年累月流着一种像血液一样的液体,这种液体是从这株树的一条2米多长的天然裂缝中流出来的。这种奇异的现象,每年都吸引着数以万计的游客。这棵杉树为什么流“血”,引起了科学家们的注意。美国华盛顿国家植物园的高级研究员特利教授对这棵树进行了深入研究,也没找到流“血”的原因。
会流“血”的植物,流出的真是血吗?不是血液又是什么?这些都有待进一步研究。
说来有趣,关于植物的血型。竟是日本一位搞警察工作的人发现的。他的名字叫山本,是日本科学警察研究所法医,第二研究室主任。他是在1984年5月12日宣布这一发现的。
植物的血型,是在偶然一次机会中发现的。一次,有位日本妇女夜间在她的居室死去,警察赶到现场,一时还无法确定是自杀还是他杀,便进行血迹化验。经化验死者的血型为O型,可枕头上的血迹为AB型,于是便怀疑是他杀。可后来一直未找到凶手作案的其他佐证。这时候有人提出,枕头里的养麦皮会不会是AB型呢?这句话提醒了山本,他便取来荞麦皮进行化验果然发现荞麦皮是AB型。
这件事引起了轰动,促进了山本对植物血型的研究。他先后对500多种植物的果实和种子进行观察,并研究了它们的血型,发现苹果、草莓、南瓜、山茶、辛夷等60种植物是O型,珊瑚树等24种植物是B型,葡萄、李子、养麦、单叶枫等是AB型,但没找到A型的植物。
根据对动物界血型的分析,山本认为,当糖链合成达到一定的长度时,它的尖端就会形成血型物质,然后合成就停止了。也就是说血型物质起了一种信号的作用。正是在这时候,才检验出了植物的血型。山本发现,植物的血型物质除了担任植物能量的贮藏物外,由于本身黏性大,似乎还担负着保护植物体的任务。
人类血型,是指血液中红血球细胞膜表面分子结构的型别。植物有体液循环,植物体液也担负着运输养料、排出废物的任务,体液细胞膜表面也有不同分子结构的型别,这就是植物也有血型的秘密所在。
但植物体内的血型物质是怎样形成的,至今还没有弄清其原因。植物血型对植物生理、生殖及遗传方面的影响,也还都没有弄明白。
植物的防御武器之谜
全世界已经知道的植物有40万种。尽管它们随时面临着微生物、动物和人类的欺凌,却仍然郁郁葱葱、生机勃勃,生活在地球的每一个角落。植物虽然是一些花草树木,但也有一套保护自己的方法和防御武器。
我们到野外旅游的时候,总有一种感受,就是在进人灌木丛或草地时,要注意别让植物的刺扎了。北方山区酸枣树长的刺,就挺厉害。酸枣树长刺是为了保护自己,免遭动物的侵害。别的植物长刺也是这个目的。就拿仙人掌或仙人球来说吧,它们的老家本来在沙漠里,由于那里干旱少雨,它的叶子退化了,身体里贮存了很多水分,外面长了许多硬刺。如果没有这些刺,沙漠里的动物为了解渴,就会毫无顾忌地把仙人掌或仙人球吃了。有了这些硬刺,动物们就不敢碰它们啦。田野里的庄稼也是这样,稻谷成熟的时候,它的芒刺就会变得更加坚硬、锋利,使麻雀闻到稻香也不敢轻易地吸它一口,连满身披甲的甲虫也望而生畏。植物的刺长得最繁密的地方,往往是身体最幼嫩的部分,它长在昆虫大量繁殖之前,抵御它们的伤害。抗虫小麦和红叶棉身上的刚毛,让害虫寸步难行,无法进行花蕾掠夺。在非洲的卡拉哈利沙漠地带,生长着一种带刺的南瓜,当它受到动物侵犯的时候,它的刺就会插进来犯者的身上,因此许多飞禽走兽见到它,就自动躲开了。植物身上长的刺,就像古代军队使用的刀剑一样,是一种原始的防御武器。
比起它们来,蝎子草的武器就先进多了。这是一种荨麻科植物,生长在比较潮湿和荫凉的地方。蝎子草也长刺,但它的刺非常特殊,刺是空心的,里面有一种毒液,如果人或动物碰上,刺就会自动断裂,把毒液注入人或动物的皮肤里,引起皮肤发炎或瘙痒。这样一来,野生动物就不敢侵犯它们了。
植物体内的有毒物质,是植物世界最厉害的防御武器。龙舌兰属植物含有一种类固醇,动物吃了以后,会使它的红血球破裂,死于非命。夹竹桃含有一种肌肉松弛剂,别说昆虫和鸟吃了它,就是人畜吃了也性命难保。毒芹是一种伞形科植物,它的种子里含有生物碱,动物吃了,在几小时以内就会暴死。另外,乌头的嫩叶、藜芦的嫩叶,也有很大的毒性,如果牛羊吃了,也会中毒而死,有趣的是,牛羊见了它们就躲得远远的。巴豆的全身都有毒,种子舍有的巴豆素毒性更大,吃了以后会引起呕吐、拉肚子,甚至休克。有一种叫“红杉”的土豆,含有毒素,叶蝉咬上一口,就会丧命。有的植物虽然也含有生物碱,但只是味道不好吃,尝过苦头的食草动物就不敢再吃它了。它们使用的是一种威力轻微的化学武器。是纯防御性质的。
为了抵御病菌、昆虫和鸟类的袭击,一些植物长出了各种奇妙的器官,就像我们人类的装甲一样。比如番茄和苹果,它们就用增厚角质层的办法,来抵抗细菌的侵害;小麦的叶片表面长出一层蜡质,锈菌就危害不了它了。抗虫玉米的装甲更先进,它的苞叶能紧紧裹住果穗,把害虫关在里面,叫它们互相残杀,弱肉强食,或者把害虫赶到花丝,让它们服毒自尽。
有的植物还拥有更先进的生物化学武器。它们体内含有各种特殊的生化物质,像蜕皮激素、抗蜕皮激素、抗保幼激素、性外激素什么的。昆虫吃了以后,会引起发育异常,不该蜕皮的,蜕了皮,该蜕皮的,却蜕不了皮;有的干脆失去了繁殖能力。20多年来,科学家曾对1300多种植物进行了研究,发现其中有200多种植物含有蜕皮激素。由此可见,植物世界早就知道使用生物武器了。
古代人打仗的时候,为了防止敌人进攻,就在城外挖一条护城河。有一种叫“续断”的植物,也知道使用这种防御办法。它的叶子是对生的,但叶基部分扩大相连,从外表上看,它的茎好像是从两片相接的叶子中穿出来一样,在它两片叶子相接的地方形成一条沟,等下雨的时候,里面可以存一些水。这样一来,就成了一条护城河,如果害虫沿着茎爬上来偷袭,就会被淹死,从而保护了续断上部的花和果。
在军事强国正在研制的非致命武器中,有一种特殊的粘胶剂,把它洒在机场上,可以使敌人的飞机起飞不了;把它洒在铁路上,可以使敌人的火车寸步难行;把它洒在公路上,可以使敌人的坦克和各种军车开不起来,可以达到兵不血刃的效果。让人惊奇的是,有一种叫瞿麦的植物,也会使用这种先进武器。这种植物特别像石竹花,当你用手拔它的时候,会感到粘乎乎的。原来在它的节间表面,能分泌出一种粘液,像上了胶水一样。它可以防止昆虫沿着茎爬上去危害瞿麦上部的叶和花。当虫子爬到有粘液的地方,就被粘得动弹不了了,不少害虫还丧了命。
有趣的是,在这场植物与动物的战争中,在植物拥有各种防御武器的同时,动物也相应地发展了自己的解毒能力,用来对付植物。像有些昆虫,就能毫无顾忌地大吃一些有毒植物。当昆虫的抗毒能力增强了的时候,又会促使植物发展更新威力更强烈的化学武器。
这些植物是怎样知道制造、使用和发展自己的防御武器的?它们又是怎样合成的呢?目前还没有一个定论。
探索和揭开这里面的奥秘,是非常有意义的。
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